Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


Конструктивные решения сетчатых покрытий в форме цилиндрических оболочек

Теория стержневых конструкций в форме цилиндрических и сферических оболочек является в настоящее время одним из специальных разделов механики твердого деформируемого тела, и ее разработке уделяется значительное внимание.

Объясняется это, прежде всего тем, что образованные из прямолинейных или криволинейных стержней конструкции сочетают в себе легкость с высокой несущей способностью, что обеспечивает их широкое применение при конструировании тонкостенных покрытий из металла, дерева и пластмасс. Следует обратить внимание на то, что возможности практического использования стержневых оболочечных конструкций далеко на исчерпаны, и можно наблюдать процесс их постоянного совершенствования, как с точки зрения пространственных систем, так и с позиций разработки методов их расчета.

Отечественные ученые внесли в теорию стержневых оболочечных конструкций большой вклад и можно без преувеличения сказать, что благодаря трудам И. Г. Попова, Г. И. Пшеничного, А. С. Вольмира, В. И. Савельева, В. И. Трофимова, Б. А. Освенского сделан существенный шаг в развитии этой теории.

Авторы поставили перед собой цель подвести некоторый итог исследованиям по одному из типов стержневых цилиндрических оболочек, которые имеют в настоящее время наибольшее практическое распространение в строительной отрасли.

Рассмотрен ряд новых задач, возникших при изучении особенностей цилиндрических покрытий системы Цольбау. Изложены, в частности, теоретические данные, полученные авторами при построении моделей стержневых цилиндрических оболочек, конструктивные сети которых состоят из двух и трех семейств стержней, образующих пространственные решетки регулярной структуры с ромбическими ячейками.

Применительно к описанной расчетной модели стержневой конструкции цилиндрической оболочки приведены основные положения теории, основанной на ее представлении в виде сплошной анизотропной оболочки постоянной толщины, освещены некоторые вопросы расчета на устойчивость рассматриваемых систем.

Оболочки позволяют наиболее полно использовать строительный объем и применяются там, где необходимо пространство без внутренних опор. Для перекрытия прямоугольных в плане зданий в основном используются оболочки в виде цилиндрических сводов, которые являются древнейшей формой покрытия. В архитектуре прошедших веков конструкции сводов можно встретить как в зданиях самого высокого назначения, так и в скромных утилитарных сооружениях. Цилиндрическими сводами перекрывались величественные дворцовые залы и храмы, длинные коридоры и лестницы. Практическое применение и художественное выражение своду дали страны Ближнего Востока - Месопотамия, Ассирия и Иран. Самым древним сводчатым сооружением, по- видимому, являлся свод, возведенный в Иране в VI в. до н. э. над тронным залом Хозроя в Ктезифоне, его пролет составлял 27 м [30].

Вплоть до конца 19 века своды справедливо считались массивными и монументальными покрытиями, пока в 1896 г. на Нижегородской выставке русским инженером В. Г. Шуховым не были впервые применены легкие сетчатые конструкции. Позже, в 1898 г., здания цехов Выксунского чугуноплавильного завода в Нижнем Новгороде были покрыты сетчатыми сводами пролетами 38 и 25 м, получив тем самым всеобщее признание.

От сетчатого свода вполне логичен переход к сплошному деревянному своду, которым Шухов перекрыл ряд павильонов с пролетами от 13 до 22 м [55]. Такое покрытие состоит из нескольких полудюймовых досок, уложенных накрест друг к другу и сбитых между собой гвоздями. Для повышения устойчивости довольно тонкого свода изобретатель предложил постановку системы наклонных тяжей. Немецкий инж. Брода видоизменил конструктивные детали дощатого свода путем введения прогонов между рабочими слоями досок. Эта конструкция была названа гнутым сводом Шухова-Брода [20, 29, 53] и в 20 - 30-х годах нынешнего столетия широко применялась в строительной практике, постоянно получая те или иные усовершенствования.

Основной формой сетчатых покрытий является цилиндрический свод. Все остальные типы сводов (стрельчатые, крестовые, парусные) состоят из отдельных цилиндрических поверхностей и потому могут рассматриваться как производные цилиндрического свода.

В зависимости от типа сетчатого покрытия сетка составлялась из металлических полос, профилей или деревянных элементов. Конструкция состояла из двух систем пересекающихся арок, образующих сетку с ромбическими ячейками, достаточно устойчивую как в продольном, так и в поперечном направлении. Для восприятия распора и уменьшения веса арок в системе Шухова применялись веерные затяжки по хордам от опорных узлов к верхнему очертанию покрытия. В нем не было никаких массивных деталей, благодаря чему вес сооружений и их стоимость получались значительно меньшими по сравнению с аналогами покрытий со стропильными фермами. Достоинства покрытий Шухова проявляются особенно при больших пролетах, а простота устройства и несложность сборки обусловливаются тем, что все конструктивные элементы повторяются и имеют малый вес [16, 54].

Петербургский металлический завод широко применял стропильные системы своей конструкции в Верхних торговых рядах (ныне магазин ГУМ) в 1893 г. в Москве и Петровском пассаже [24] , которые служат и по сей день образцами строительного искусства (рис. 3.1).

Незадолго до Шухова, в 1892 г. немецкий проф. Феппль предложил конструкцию пространственного сетчатого покрытия из деревянных элементов, которая представляла собой сложную пространственную систему стержней, расположенных в плоскостях граней призмы, вписанной в цилиндрическую поверхность. Однако, несмотря на все преимущества конструкции, такая система не получила широкого распространения в виду ее сравнительно малой жесткости.

На основе идей В. Г. Шухова предложены разнообразные сетчатые конструкции в России и за рубежом. В этом отношении известный интерес представляет собой изобретение немецкого инженера Ф. Цоллингера (г. Мерзебург) конструкции деревянного кружально-сетчатого свода, которое было опробовано на практике в 1906 г. и в 1910 г. запатентовано фирмой «Европейский Цольбаусиндикат». В качестве сооружения первый свод такой системы был построен в 1922 г. Конструкция является развитием арки Делорма и получается путем поворота из плоскости попеременно расположенных косяков таким образом, чтобы образовалась сетчатая поверхность с ромбическими ячейками (рис. 3.2). Особенностью этой конструкции является то, что дощатые элементы сетки свода располагались не плашмя, как это было в сетчатых покрытиях Шухова, а на ребро. Такой способ образования поверхности, без сомнения, наилучшим образом сказывается на возможности конструкции воспринимать внешнюю нагрузку.

Покрытия системы Цольбау в поперечном сечении имеют циркульное или правильное многоугольное очертание, в зависимости от верхней грани косяков - эллиптической или ломанной. Распор покрытий воспринимается либо металлическими затяжками, либо непосредственно опорами. Вся конструкция состоит из совершенно одинаковых стандартных элементов - косяков, торцы которых скошены таким образом, чтобы они могли плотно прилегать к косякам, проходящим через данный узел не прерываясь.

Узел стягивается болтом с пружинными шайбами. Болты работают только на растяжение, в результате чего возникает трение по скошенным торцам косяков и благодаря чему обеспечивается неподвижность узлового соединения. Косяки изготавливаются из досок требуемого размера в соответствии с действующим сортаментом на пиломатериалы.

Вдоль направляющей свода косяки врубаются в мауэрлатные брусья (рис. 3.3), а с фронтонов сетка свода обычно замыкается торцевыми арками, которые представляют собой двух- или трехслойные кружальные арки. Торцовые косяки соединяются с фронтонной аркой болтами. Для увеличения жесткости свода устраиваются диафрагмы жесткости по торцам свода, при этом свод работает как оболочка, опертая по контуру.

Дощатый настил по сетке свода может быть как сплошным, так и разреженным. Он является не только элементом кровли, но и участвует в работе конструкции, воспринимая продольные усилия и изгибающие моменты. По этой причине необходимо тщательно крепить доски настила к каждому косяку.

Самый большой пролет деревянного кружально-сетчатого покрытия, осуществленного в США из косяков цельного сечения 10x45 см, достигает 50 м [62, 63, 66].

Павильон в Гаудстоне (США) перекрыт тремя примыкающими друг к другу кружально-сетчатыми сводами системы Цольбау. Пролет среднего свода составляет 36,6 м, выполнен он из косяков цельного сечения 5,6x35,6 см длиной 3,66м, а пролеты боковых сводов соответственно составляют 23 м [1].

В противоположность способу образования сетчатой оболочки системы Цольбау немецкий инженер Мельцер предложил свой подход, при котором сводчатое покрытие образуется из двух или четырех косоуложенных поясов прямоугольного или квадратного сечения, где один брус пропускается между двумя другими [71]. В местах пересечения пояса сбалчиваются. Обладая всеми преимуществами системы Цольбау, такая конструкция состоит из неразрезных элементов, благодаря чему ее несущая способность значительно выше (рис. 3.4).

Многие конструкторы старались уменьшить расход дорогостоящего металла в конструкциях покрытий зданий и сооружений. Так в 1925 г. в Дюссельдорфе (Германия) появились безметальные кружально-сетчатые покрытия, которые отличались от системы Цоллингера тем, что связь между косяками в сетке покрытия осуществлялась без применения металлических деталей. Такие конструкции получили название систем Гюннебека и Менникена. Они отличны тем, что каждый из четырех косяков, образующих узел сетки покрытия, соединяется со следующим косяком на некотором расстоянии от конца последнего, образуя, таким образом, сетку с ячейками в виде ромбов и параллелограммов (рис. 3.5а). Как и в других системах образования сетчатой поверхности, сетка может быть центрированной и нецентри- рованной, а узловые соединения на шипах или с метальными связями. Косяки в такой системе работают как балки на четырех опорах. В безметальном варианте узловое соединение осуществляется при помощи шипов, расположенных по концам косяков и входящих в соответствующие гнезда других элементов. Каждый косяк имеет по два шипа и по два гнезда (рис. 3.5b). При центрированной сетке, благодаря введению добавочных стержней половинной длины, ячейки сетки свода получаются в виде вытянутых параллелограммов, при этом косяки образуют непрерывные винтовые линии. Для точности установки при сборке покрытия косяки по торцам снабжаются стержнями из твердой древесины. Узловое соединение осуществляется одним болтом, расположенным в центре пересечения косяков. Под болт применяются пружинные шайбы, снабженные по краям зубьями (рис. 3.5c,d).

Система характеризуется нерациональной передачей продольных усилий в сетке, значительной величиной поперечных сил, разрывающих косяки поперек волокон, и изгибающих моментов. Несмотря на характерные недостатки, сооружения такого типа возводились, например, пролетом 18,6 м в г. Меггене, (Германия) [43].

В нашей стране многие рационализаторы тоже стремились изменить узел сетчатого покрытия Цоллингера таким образом, чтобы в нем не было стяжного болта и шайб. С. И. Песельник [39] разработал в 1927 г. безметальную конструкцию покрытия из косяков цельного сечения. В этом покрытии все узловые сопряжения осуществляются при помощи врубок. Косяки в сетке покрытия сопрягаются между собой под прямым углом врубкой в поддерева, образуя при этом не ромбические, а квадратные ячейки (рис. 3.6). У каждого косяка по нижней кромке вблизи концевого сечения имеются вырезы шириной, равной толщине косяка, а посредине по верхней кромке один вырез, равный двойной толщине косяка. Решенная таким образом конструкция сетки оказалась неудачной, так как помимо ослабления косяков вырезами, последние приводят к тому, что во время сборки концы косяков откалываются, и все покрытие в целом получается непрочным и неустойчивым.

Инженер Я. А. Мойисов предложил соединять косяки друг с другом при помощи шипов (рис. 3.7). Немногим позже к такой же мысли пришли инж. Б. А. Освенский и архит. С. И. Песельник (1930 г.). Это узловое соединение и было положено в основу дальнейшего развития безметальных кружально-сетчатых сводов. В 1932 г. в Москве были построены и испытаны три модели сводов такой конструкции.

Первый безметальный кружально-сетчатый свод был возведен в том же году, имел форму стрельчатого очертания и пролет 10 м. Считается, что такие своды проще собираются (рис. 3.8), несмотря на то, что в процессе сборки приходится вручную закручивать косяки. Также это никак не компенсируется повышенной трудоемкостью изготовления косяков и необходимой сушкой древесины, а также более сложной, чем в системе Цольбау, геометрией сетчатого свода. Перекрываемые пролеты при круговом очертании свода составляют 16 - 17 м и могут достигать 22 м при стрельчатом очертании. При работе косяков в них возникают усилия, разрываюхцие их поперек волокон, что еще более усугубляется принятой квадратной сеткой конструкции. Конструкции с соединениями на шипах не обладают разборностью, а большие отверстия посредине сквозных косяков в значительной мере ослабляют их поперечное сечение и снижают несущую способность свода в целом.

Самое большое здание площадью 2300 кв. м сводом такой конструкции было перекрыто на станции Люблино Курской ж. д. [22, 28].

С целью устранения явных недостатков конструкции системы Песельника в секторе деревянных конструкций ЦНИПС, был предложен вариант безметального кружально-сетчатого свода из косяков с коническими шипами на торцах [35]. Косяки сопрягаются между собой в покрытии под острым углом 35 - 40° без эксцентриситета. При таком решении отсутствует упирание боковых граней шипа в боковые грани гнезда сквозного косяка, что позволяет делать гнезда с прямыми боковыми гранями и что значительно упрощает изготовление косяков (рис. 3.9).

Также в ЦНИПС в начале 30-х годов под руководством Б. А. Ос- венского были разработаны типовые проекты метальных и безметальных кружально-сетчатых сводов кругового и стрельчатого очертания [21, 27]. Для упрощения и ускорения сборки кру- жально-сетчатых покрытий им было предложено оригинальное соединение косяков свода при помощи скоб, имеющих двутавровое очертание (рис. 3.10). Под головки скоб подкладываются специальные шайбы, с одной стороны которых предусмотрен вырез, равный толщине шейки скобы, что при квадратном сечении шейки предохраняет скобу от поворота вокруг своей оси в собранном покрытии. Шайбы снабжены отверстиями для шурупов, которыми они заранее прикрепляются к косякам. Косяки имеют по торцам открытые вырезы. Продолговатая форма головки скобы обеспечивает более равномерное распределение давления по всей высоте косяка, чем при соединениях на болтах. Совершенно очевидно, что некоторые удобства, возникающие при решении узловых соединений на скобах, никак не соизмеримы с затратами на их изготовление.

Несмотря на все преимущества безметальных кружальносетчатых сводов, они так и остались на уровне экспериментальной конструкции, исследования которой полностью не завершены. По этой и другом причинам они до сих пор не получили широкого распространения в строительной практике.

Ко времени появления конструкций кружально-сетчатых сводов они выполнялись из косяков, изготовленных из цельной древесины, и поэтому перекрываемые ими пролеты были ограничены естественными размерами лесного сортамента. Для отечественного сортамента величина пролета колеблется в пределах 22 - 25 м. В настоящее время, когда широко используется клееная древесина и фанера, возможности создания большепролетных конструкций кружально-сетчатых сводов значительно расширились.

Как показали исследования отечественных и зарубежных авторов [19, 23, 46, 49], применение клеефанерных и дощатоклееных косяков позволяет увеличивать пролеты сетчатых деревянных конструкций до 80 - 120 м.

Впервые косяки составного двутаврового сечения с фанерной стенкой на гвоздях для кружально-сетчатого свода были применены в 1931 году для сооружения покрытий гаражей Союз- транса в Москве пролетом 40 м [21]. Косяки стыковались специальными скобами (рис. 3.11).

Б. А. Освенским разработана конструкция клеефанерного косяка с метальными соединениями в узлах. Особенность такой конструкции заключается в том, что косяки имеют крыловатую форму, которая обеспечивает точное расположение их верхних кромок по винтовым линиям свода, и набегающие косяки располагаются немного выше сквозных. На концах косяков коробчатого сечения с двумя фанерными стенками к поясам приклеиваются ступенчатые накладки, имеющие пазы для пропуска металлических связей. Натяжением болтовых элементов обеспечивается плотное соединение в узле, в результате чего в значительной мере уменьшаются поперечные усилия в косяках, и повышается жесткость конструкции (рис. 3.12). Недостатком такого конструктивного решения является большая трудоемкость изготовления косяков и то, что наружное очертание свода получается волнистым. Для устранения этого недостатка автор рекомендует к верхней грани косяков прибивать клиновидные накладки, что является далеко не лучшим решением вопроса.

Г. Г. Карлсен и Б. А. Освенский [38] предложили также безметальный вариант кружально-сетчатого свода из составных клеефанерных косяков. Косяки выполняются коробчатого сечения и состоят из дощатых поясов, ребер жесткости и приклеенных к ним фанерных листов. По середине и на концах косяки имеют сплошное сечение. Стыки листов фанеры перекрываются накладками на клею (рис. 3.13). Благодаря крыловатости косяков шипы на торцах имеют простую форму, а вся конструкция аналогична сводам системы Песельника.

И в настоящее время инженеры проявляют свой интерес к конструкциям кружально-сетчатых сводов и стремятся их усовершенствовать. Об этом свидетельствует разработанная в Новочеркасском государственном техническом университете Т. С. Садетовым и В. В. Артемовым конструкция свода с ортогональной сеткой из клеефанерных косяков коробчатого сечения и с комбинированными узловыми соединениями [45], которая представляет собой дальнейшее развитие системы Освенского. Косяки имеют постоянную высоту по всей длине и снабжены скошенными шипами на торцах. Кроме шипов концы набегающих косяков соединяются в узле при помощи шпилек (рис. 3.14). На кромках по концам косяков имеются пазы, в которые вставляются корытообразные металлические элементы, служащие для передачи усилий от шпилек к косякам. После сборки свода пазы закрываются фанерными крышками.

В качестве конструкционного материала, наряду с древесиной, в конструкциях сетчатых сводов широко применялись сталь и железобетон. В конце 20-х годов новую идею конструирования пространственных сетчатых покрытий из металлических косяков предложила немецкая фирма Юхо [76]. Покрытие состоит из двух семейств косяков, расположенных примерно под углом 60° к продольной оси свода. Косяк представляет собой двутавровую балку, распущенную по нейтральной оси и отогнутую посредине на большей части своей длины. На концах косяка с одной стороны половинки полок двутавра отгибаются, образуя плоскости, по которым набегающие косяки сбалчиваются тремя болтами друг с другом. Пояса косяков одного направления пропускаются через пояса косяков встречного направления. В месте пересечения косяков для соединения поясов ставятся специальные накладки (рис. 3.15).

Основываясь на изобретении Цоллингера, проф. Юнкерс (г. Дассау, Германия) представил свой вариант кружально-сетчатых конструкций, выполненных в металле. В отличие от деревянных сводов конструкции такого рода способны воспринимать значительные внешние нагрузки, в том числе и от подвесного оборудования, позволяют перекрывать пролеты до 100 м и незаменимы там, где невозможно применить древесину. Основная идея Юнкерса состоит в том, что сетчатое покрытие состоит из двух семейств косяков, выполненных из Z - образных гнутых профилей, которые сверлятся и нарезаются по размерам в заводских условиях, в силу чего значительно упрощается процесс производства и повышается точность изготовления изделий. Сетка свода имеет верхние и нижние прогоны в виде швеллеров, первые из которых служат для восприятия нагрузки от кровли, а вторые увеличивают жесткость системы в продольном направлении. Косяки имеют высоту 25 - 35 см и длину порядка двух метров. На концах косяков фланцы отгибаются таким образом, что вместе со стенкой образуют плоскую поверхность для стыка (рис. 3.16). Эти концевые фланцы отгибаются по отношению к косяку примерно на угол 120°. Направление линии излома зависит от длины косяков, пролета и формы покрытия. По прогонам укладываются железобетонные плиты покрытия или торкретбетон [61, 64]. Таким способом были возведены сооружения в Германии и в Средней Азии, куда они экспортировались, а к месту строительства доставлялись вьючными животными. В последнем случае такое строительство было бы сложно осуществить при других вариантах конструкций (рис. 3.17).

По системе проф. Юнкерса можно также возводить и купола, что наглядно иллюстрируется на примере выставочного павильона в Майланде пролетом 17 м (Италия, 1926 г.) [74]. В последующем большинство фирм, осуществляющих строительство кружально-сетчатых сводов, стали изготавливать косяки в виде швеллеров, а в большепролетных сводах - из двойных швеллеров, соединенных точечной сваркой.

В нашей стране инж. Клебанский [48] предложил аналогичный свод, составленный из прутковых элементов. Косяки представляют собой фермочки с поясами таврового сечения и раскосами из круглой стали с приваренными по торцам косяка и отогнутыми под определенным углом пластинами, имеющими отверстия для болтового соединения косяков (рис. 3.18). Такое решение позволяет делать свод легче и в то же время более жестким, перекрывать пролеты до 100 м и более. Для уменьшения свободной длины косяков по сетке свода устраиваются неразрезные продольные элементы, в результате чего ячейки конструкции приобретают вид шестиугольника.

В 1946 году с целью увеличения перекрываемых пролетов для сетчатых оболочек, выполненных из древесины, И. Ф Смирнов и Э. А. Ривкин [47] предложили конструкцию двойного кружально-сетчатого свода, отличающуюся более простым соединением поясов раскосами, идущими от стыков элементов одной сетки к стыкам другой. Покрытие имеет прямоугольную конструктивную сетку и характеризуется безметальными соединениями в узлах. Элементы верхней и нижней сеток выполнены из досок и схожи с косяками системы Песельника. Соединения элементов поясных сеток осуществляются с помощью торцевых шипов, входящих в средние отверстия пересекающихся косяков. Раскосы, соединяющие верхнюю и нижнюю сетки, имеют концевые пазы с отверстиями, благодаря чему при монтаже свода они навешиваются на верхний или нижний элемент и закрепляются на нем болтом или деревянным нагелем. Сверху и снизу свод обшивается сплошным деревянным настилом.

Т. Лорман разработал двойную сетчатую конструкцию, составленную из сквозных элементов - фермочек [67]. Характерной особенностью узлового соединения конструкции является то, что элементы одного направления стыкуются друг с другом в торец и пропущены сквозь элементы другого направления, причем пояса фермочек накладываются друг на друга, подобно косякам в системе Мельцера (рис. 3.19).

Обращает на себя внимание возможность образования из косяков плоскостных конструкций типа сетчатых плит покрытия или скатных кровель, хотя такой вариант конструктивного решения был отвергнут некоторыми учеными [18]. Тем не менее, одним из примеров плоскостной конструкции может служить возведенное в г. Ипсунге (Англия) перекрестно-ребристое покрытие здания. Сетка образована ортогонально расположенными клееными косяками двутаврового сечения с дощатыми полками и фанерной стенкой с ячейками 102x102 см [20, 36]. Для обеспечения неразрезности балок в узлах их пересечения ставятся стыковые элементы. По верхней полке стыка пропускаются фанерные накладки, которые привинчиваются шурупами. По нижней полке стык осуществляется сквозными брусками, которые сболчиваются между собой (рис. 3.20). Для обеспечения устойчивости фанерных стенок вводятся ребра жесткости. Такая конструкция может эффективно служить перекрытием или покрытием пролетом до 15 м. Строительная высота составляет 1/15 - 1/20 пролета.

В связи с широким распространением железобетонных конструкций в послевоенные годы применение древесины как конструкционного материала для большепролетных покрытий сократилось, однако от самой идеи кружально-сетчатого свода не отказались. Кружально-сетчатый полуциркульный свод для гаража пролетом 15,5 и длиной 32,5 м был построен по проекту С. И. Песельника из сборных железобетонных элементов размером 7x25x189 см на ст. Железнодорожная под Москвой в 1956 г. [32].

В проектном институте «Латгипрогорстрой» была разработана конструкция кружально-сетчатых сводов из сборных железобетонных косяков прямоугольного сечения 8x35 см и длиной около 2 м, образующих ромбическую сетку с углом наклона к продольной оси свода в 60°, и распорок шестиугольного сечения, воспринимающих распирающие усилия, возникающие в узлах свода вдоль его оси. Косяки прямоугольного сечения имеют по своим концам металлические закладные детали, приваренные к продольным стержням арматурных каркасов. Основной узел образуется при помощи косынки, состоящей из двух пластинок и трех соединительных стержней (рис. 3.21). Все узловые соединения осуществляются дуговой электросваркой закладных деталей в торцах стержневых элементов. Таким способом были сооружены покрытия спортманежа в г. Риге с пролетом свода 29 м, плавательного бассейна «Даугава» и др. Применение кружальносетчатых сводов на этих объектах, взамен арочного покрытия из сборных железобетонных арок, дало снижение стоимости его возведения на 22% [31].

За рубежом сетчатые конструкции с ромбическими ячейками при сооружении различного рода объектов использовал известный итальянский инженер П. Л. Нерви. Под его руководством были построены из монолитного железобетона такие уникальные сооружения как Palazzetto dello Sport в Риме в 1957 г. (диаметр куола 60 м) и многие другие.

С появлением клееной древесины, обладающей своими уникальными свойствами, она получила широкое распространение в мире в качестве конструкционного материала в различных типах сооружений, в том числе и сетчатых оболочках.

Кружально-сетчатый свод пролетом 53 м был возведен над плавательным бассейном в Спрингфилде (Орегон, США). Свод собран из клееных косяков сечением 10,2x50,8 см длиной 6,7 м, которые образуют ромбические ячейки со сторонами 3,4 м. Высота свода 10 м [2, 26].

В Брюсселе в 1989 г. построен выставочный павильон со сводчатым цилиндрическим покрытием из клееных деревянных конструкций, размеры которого составляют 74x141 м. Решетка свода состоит из трех семейств стержней, причем сечение ребер, расположенных по дуге свода, равно 20,5x80 см при длине 9,6 м, а расположенных диагонально - 0,16x0,605x13,5 м. Уникальность сооружения заключается в конструкции узловых соединений, выполненных из клееной древесины в виде восьмиугольных призм с врезанными в них по каждой грани четырьмя рядами стальных пластин с консольными выпусками [56].

В 1994 г. похожее решение применили представители конструкторской школы Германии для покрытия двух теннисных кортов пролетом 25 м (рис. 3.23). Поперечное сечение дощатоклееных косяков составило 16x60 см [57]. Заслуживает внимания конструкция узлового соединения. В набегающие косяки, ближе к их кромкам, закладываются стальные пластины, передающие нормальные силы и изгибающий момент на сквозной косяк через шпильки. В середине высоты косяка предусматривается установка коротких, но довольно толстых стальных пластин, воспринимающих поперечные силы. Эта деталь позволяет, что очень важно при монтаже, сбоку производить надвижку набегающих косяков и жестко фиксировать их при помощи зашлицованных пластин и шпилек.

Спортивный зал в Солт-Лейк-Сити (США) перекрыт куполом в виде сферического сегмента радиусом 105 м и высотой 37 м с треугольной сеткой. Несущая конструкция образована гнутоклееными элементами [6].

За рубежом и в СССР было построено множество кружально-сетчатых сводов и куполов с различными типами узловых соединений, многие из которых эксплуатируются по настоящее время. Длительная эксплуатация таких сооружений свидетельствует об их надежности и долговечности. В этой работе приведены примеры лишь некоторых из возведенных сооружений, отличающихся своей уникальностью.

Независимо от системы образования покрытия все кружально-сетчатые конструкции имеют примерно одинаковые характерные особенности. Важной особенностью сетчатых оболочек является их регулярность. Это определяет минимальное количество типоразмеров в конструкции. Регулярность строения сетчатых оболочек позволяет применять при монтаже любую степень предварительной сборки конструкции при использовании монтажных механизмов любой мощности.

Для образования сетчатого покрытия в основном требуются только два вида стандартных косяков, что полностью отвечает современным требованиям индустриализации и удешевления строительства и заслуживает большого внимания к себе со стороны строительных фирм и организаций. Такое малое число типоразмеров косяков создает большие удобства при заготовке, перевозке, сборке и замене одного поврежденного косяка другим. Для покрытий с большими пролетами косяки изготавливаются из широких досок, а для покрытий с малыми и средними пролетами - из отходов лесопиления (обрезков и горбылей). Косяки имеют небольшую длину, поэтому их можно изготавливать из низкосортных пиломатериалов, вырезая их из части доски с высоким качеством древесины или используя для этих целей старые железнодорожные шпалы, как об этом упоминается в [66].

Для изготовления косяков кружально-сетчатых сводов не исключается применение древесины повышенной влажности. В этом отношении система Цольбау, благодаря своеобразному устройству узлов, выгодно отличается от многих других видов деревянных конструкций, обладая свойством самоприспосабливания. Усушка древесины может повлиять только на величину просадки конструкции, но ни в какой мере на прочность и неизменяемость системы [5, 36].

Конструкция сетчатых сводов допускает устройство кровли любого типа, но обязательно по сплошному продольному настилу или обрешетке поверх свода. Вследствие отделения несущей конструкции свода от ограждения опасность загнивания элементов сетки в значительной мере устраняется, что является важным преимуществом сетчатых сводов перед другими пространственными системами деревянных конструкций.

Сетчатые покрытия имеют большие возможности по устройству верхнего света, осуществлению сплошных световых полос в покрытии, пропуску через покрытие труб, коммуникаций, причем при этом не нарушается целостность конструкции.

Компактность конструктивных элементов выгодно отличает покрытия из косяков. Становится возможной перевозка изготовленных косяков для сборки сооружения в местах, находящихся на значительном удалении, и с наименьшими транспортными расходами.

Сетчатые своды легко собираются и разбираются. Работы по возведению таких сооружений могут выполняться малоквалифицированными рабочими в короткие сроки. Благодаря малому весу косяков нет необходимости в применении подъемных приспособлений. Вес конструкции в целом меньше по сравнению с аналогичным покрытием по фермам на 25 - 40 % [60].

Деревянные покрытия как нельзя хорошо подходят для сооружений, где требуется «радиопрозрачность» и немагнитность, для производств химической промышленности и других, где есть выделения агрессивных газов, когда металлические и железобетонные конструкции просто не могут быть применены. Но это не говорит о невозможности применения сетчатых конструкций с метальными соединениями узлов для таких сооружений. Дефектные стяжные болты, а также поврежденные косяки можно менять на локальном участке конструктивной сети, не разбирая всей конструкции, при этом покрытие не потеряет своей устойчивости.

Возможно применение таких конструкций и для надстройки существующих зданий при их реконструкции, так как таковую можно производить, не снимая предварительно старую крышу [25] , а также в качестве сборно-разборной опалубки для железобетонных и армоцементных оболочек различного очертания.

Стоит обратить внимание на повышенную сейсмостойкость кружально-сетчатых сводов, что не маловажно для южных районов России и Дальнего Востока.

Сетчатые оболочки удобны при гибкой планировке помещений. Они отличаются выразительным архитектурным обликом и обычно применяются без подвесного потолка. В случае же необходимости его устройства, а также при устройстве акустического потолка, его конструкция в значительной степени облегчается за счет малого шага узлов и ячеек оболочки.

Высоко ценятся эстетические свойства цилиндрических оболочек. Цилиндрическими оболочками, как правило, покрывают сооружения, которые вписываются в общий ансамбль, организованный на основе прямоугольных форм. Благодаря противопоставлению криволинейной формы оболочки прямолинейным формам окружающей застройки достигается определенный эффект при ее восприятии. При нахождении людей в крупных общественных зданиях и сооружениях, покрытых оболочками, могут возникнуть ряд характерных эстетических и психологических проблем (визуальная напряженность, внемасштабность и др.), которые исчезают при применении оболочек в виде сетчатых цилиндрических сводов [33]. Такая конструкция гармонична. Под кружально-сетчатым сводом человек чувствует себя очень уютно, особенно, если покрытие выполнено из древесины.

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции. - Ростов-на-Дону: ОАО ИПФ «Малыш», 2003

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????